климат волгоград погода атмосфера загрязнение

В дипломной работе рассмотрены климатообразующие факторы, термический режим, режим увлажнения и характерные типы погод, особенности годового и сезонного хода температур воздуха и почвы, давления и ветра, атмосферных осадков, относительной влажности, снежного покрова, облачности и характеристик типов погод. Выявлены основные источники загрязнения атмосферного воздуха города, а также основные загрязняющие вещества.

Крупный город формирует свой особый метеорологический режим, отличающийся от климата окружающего его ландшафта. Это городской климат, который влияет на условия труда, быта и отдыха горожан. Изучение климата города имеет большое научно-практическое значение. Без учета климатических особенностей невозможно первостепенное планирование и ведение городского хозяйства. Правильный учет метеорологических условий при строительстве позволяет снижать уровень загрязнения в городах, более рационально использовать естественное освещение. Необходимость оздоровления городской среды требует тщательного изучения климата.

Волгоград - крупный промышленный и культурный центр. Основан в 1589 году. Город вытянут вдоль Волги на 8 км при ширине от 3 до 10 км. Характерной особенностью города является линейно-групповая структура расселения.

В настоящее время длина городского полукольца достигает примерно 80 км. Общая площадь, очерченная границами города, составляет около 400 км2 , однако территории, занятые городскими кварталами, почти в 3 раза меньше, что показывает на «рыхлость» структуры Волгограда. В городе существуют разрывы между районами, занятые зелеными зонами и пустырями.

Целью дипломной работы является анализ характерных особенностей климата Волгограда.

В соответствии с поставленной целью в работе рассматриваются следующие задачи:

Рассмотреть основные климатообразующие факторы региона.

Определить особенности хода ряда метеорологических элементов по территории района Волгограда.

Описать типы погод по сезонам.

Выявить основные источники загрязнения атмосферного воздуха.

В работе использованы материалы «Справочника по климату СССР», вып. 13 ч. 1-6 (1966, 1968), «Научно-прикладной справочник СССР» (1990), данные наблюдений по 4 станциям, расположенным на территории Волгограда: Волгоград, Гумрак; Волгоград, Воропоново; Волгоград, СХИ; Волгоград, Бекетовка; по 2 станциям Волгоградской области: Волжский ГМО, Краснослободск; фондовые материалы ЦГМС по ст. Волгоград, за период (1994-1998 гг.), а также опубликованная литература согласно прилагаемого списка.

1 КЛИМАТООБРАЗУЮЩИЕ ФАКТОРЫ ГОРОДА ВОЛГОГРАДА

1.1 Радиационный режим

Одним из основных климатообразующих факторов является солнечная радиация. Приход солнечной радиации к земной поверхности в основном обуславливается астрономическими факторами - высотой солнца и продолжительностью дня, а следовательно, географической широтой и временем года. В среднем продолжительность солнечного сияния за год в районе Волгограда составляет 2265 часа. В отдельные годы фактически наблюдавшаяся продолжительность солнечного сияния может значительно отклоняться от многолетней (табл. 1.1.1.).

Таблица 1.1.1

Наблюдавшаяся продолжительность (ч) солнечного сияния

(составлена автором, метеорологический ежемесячник 1994-1998 гг.).

Минимальные значения продолжительности солнечного сияния наблюдаются в декабре, что вызвано наименьшей продолжительностью дня и наибольшей вероятностью пасмурного состояния неба. Весной число часов солнечного сияния резко увеличивается, а летом (в июле) отмечается максимальное его значение, в октябре оно резко уменьшается вследствие увеличения облачности и уменьшения продолжительности дня.

В районе Волгограда число дней без солнца колеблется в пределах 77. Минимальное число дней без солнца наблюдается с мая по сентябрь, зимой число дней без солнца увеличивается в среднем до 15-19 за месяц. Максимум таких дней приходится на декабрь (табл. 1.1.2.).

Таблица 1.1.2

Число дней без солнца и средняя за день с солнцем (ч) продолжительность солнечного сияния (Справочник по климату СССР, 1990)

Основными величинами радиационного режима являются прямая солнечная радиация, поступающая на перпендикулярную солнечным лучам поверхность S, рассеянная радиация неба D, суммарная солнечная радиация Q, отраженная земной поверхностью радиация Rк и радиационный баланс В. Основные характеристики радиационного режима получают расчетным путем. К ним относятся: прямая солнечная радиация на горизонтальную поверхность S', поглощенная коротковолновая радиация Вк, отношение отраженной радиации к приходящей суммарной - альбедо, обычно выражается в процентах, разность потока радиации, излучаемой нагретой землей, и встречного излучения облаков и атмосферы - эффективное излучение Еэф.

Суммарная радиация Q в основном определяется высотой солнца над горизонтом, продолжительностью дня, облачностью, прозрачностью атмосферы и альбедо подстилающей поверхности.

Самая большая высота солнца над горизонтом наблюдается в июне (63,9?), а самая низкая (17,6?) в декабре. Изменение высоты солнца по срокам приведено в таблице 1.1.3.

Таблица 1.1.3

Высота солнца (h є) на 15 число каждого месяца

(составлена автором по материалам ст. Волгоград, СХИ).

Годовой ход суммарной солнечной радиации аналогичен ходу высоты солнца (рис. 1.1.1.).

Максимум Q (687,2 МДж/м2 ) наблюдается в июле, а минимум (62,8 2 МДж/м2 ) - в декабре (табл. 1.1.4.). С января начинается постепенное увеличение прихода солнечной радиации, а с августа - уменьшение.

В годовом ходе максимум месячных сумм прямой радиации на горизонтальную поверхность (435,8 МДж/м2) приходится на июль. Минимальный приход радиации (16,8 МДж/м2 ) наблюдается в декабре (табл. 1.1.4.). Для годового хода прямой и суммарной радиации характерно резкое увеличение месячных сумм от февраля к марту, что объясняется возрастанием высоты солнца, продолжительностью дня и уменьшением облачности. При переходе от октября к ноябрю наблюдается резкое уменьшение месячных сумм (рис. 1.1.1.).

Таблица 1.1.4

Средние месячные и годовые суммы солнечной радиации (2 МДж/м2 ) и среднее альбедо (%) (Справочник по климату СССР, 1990)

Количество поглощенной земной поверхностью радиации определяется как разность между суммарной радиацией и отраженной. Значение отраженной радиации зависит от альбедо подстилающей поверхности.

Летом в среднем отражается 16-18% приходящей радиации. В период со снежным покровом альбедо составляет около 50-60%. При появлении и сходе снежного покрова альбедо уменьшается до 25-35%. В сумме за год деятельной поверхностью отражается 29% приходящей коротковолновой радиации (табл. 1.1.4.). В апреле наблюдается уменьшение отраженной радиации, а в мае - увеличение, что объясняется изменением альбедо подстилающей поверхности после снежного покрова.

От альбедо подстилающей поверхности зависит поглощенная радиация. Большое увеличение наблюдается от марта к апрелю, максимальная месячная сумма приходится на июль. Осенью прослеживается резкое падение с минимумом в декабре, с ноября по декабрь суммы поглощенной радиации изменяются мало. Годовое значение равно 3494,5 МДж/м2 (табл. 1.1.4.).

Эффективное излучение - это разность собственного излучения земной поверхности и встречного излучения атмосферы, оно вычисляется как разность полного и коротковолнового баланса. Эффективное излучение зависит от температуры воздуха, деятельной поверхности почвы и наличия облачности (рис. 1.1.2.).

Годовой ход эффективного излучения, облачности n и разности температур подстилающей поверхности и воздуха t (составлена автором, справочник по климату СССР, 1990)

Максимум Еэф (209,5 МДж/м) наблюдается в июле, а минимум (46,1 МДж/м) - в декабре, годовая сумма равна 1600,8 МДж/м (табл.1.1.4).

Радиационный баланс поверхности В есть разность между поглощенной суммарной радиацией и эффективным излучением земной поверхности. Переход радиационного баланса от отрицательного к положительному происходит в первой декаде февраля. Смена знака осенью отмечается в конце ноября, максимальная сумма радиационного баланса (364,5 МДж/м2) наблюдается в июне, но и в мае и июле радиационный баланс достаточно велик. Наибольший отрицательный баланс отмечается в январе. сумма радиационного баланса за год составляет 1893,9 МДж/м2 (табл.1.1.4.).

Радиационный баланс при облачности снижается, но в меньшей степени, чем прямая и суммарная радиация, так как облачность уменьшает и расходную часть радиационного баланса - эффективное излучение и отраженную радиацию.

1.2 Особенности атмосферной циркуляции

Климат района формируется под воздействием циркуляционных процессов южной зоны умеренных широт. Воздушные массы, оказывающие влияние на климат района, могут быть самыми различными как по своим физическим свойствам, так и по происхождению.

Территория Волгоградской области доступна для вторжения холодных масс как из Арктики, так и из Казахстана, они могут сменяться массами воздуха, поступающего с Атлантики, выносами тропического воздуха со Средиземноморского бассейна и Ирана.

Основные климатические особенности Волгограда формируются под воздействием Азиатского материка, переохлажденного зимой и перегретого летом, а также под влиянием западного переноса воздушных масс. Приходящие сюда воздушные массы морского и арктического происхождения бывают в значительной мере или окончательно трансформированными под воздействием подстилающей поверхности в континентальные.

Несоответствие между притоками тепла и количеством осадков здесь настолько велико, что естественный ландшафт имеет почти полупустынный характер. Континентальность климата района проявляется в резких колебаниях температур от суровой зимы к жаркому лету, в недостатке осадков, в часто повторяющихся засухах.

Степень континентальности и морских влияний на климат можно определить с помощью индекса континентальности К, предложенного С. Т. Хромовым (1974),

А-5,4sinц

К= ------------- х 100,

А

где А - годовая амплитуда температуры воздуха, єС;

ц - географическая широта.

Преобладающими воздушными массами здесь являются массы континентального воздуха умеренных широт, которые формируются главным образом в области повышенного давления, устанавливающегося над юго-востоком Европейской части России.

Воздушные массы, поступающие с Атлантики, при своем движении над территорией Западной Европы в значительной степени трансформируются, теряя свое влагосодержание и достигая окрестностей города несколько иссушенные.

Континентальность климата Волгограда и объясняет преобладание антициклонической циркуляции над циклонической.

Давление воздуха является одной из основных и существенных характеристик физического состояния атмосферы. Единицей давления служит паскаль (Па). В метеорологии давление выражают в гектопаскалях, численно равных миллибарам.

Атмосферное давление уменьшается с высотой, поэтому для получения о пространственном распределении и для сравнимости результатов давление на высоте станции приводят к давлению на уровне моря. Изменение атмосферного давления определяется также термическими и динамическими причинами.

Годовой ход атмосферного давления выражен довольно четко. С октября по март среднее месячное давление воздуха изменяется в небольших пределах от 1005,2 до 1008,0 гПа, с апреля по сентябрь от 996,8 до 1003,4 гПа (табл. 1.2.1.).

Таблица 1.2.1

Среднее месячное и годовое атмосферное давление (гПа) на уровне станции Волгоград, СХИ и на уровне моря (Справочник по климату СССР, 1990).

В годовом ходе максимум атмосферного давления приходится на декабрь (1008,0 гПа), а минимум - на июль (996,8 гПа). Среднее годовое значение атмосферного давления по Волгограду составляет 1003,5 гПа (табл. 1.2.1.).

За пятилетие наибольшее среднее годовое значение атмосферного давления в Волгограде отмечалось в октябре 1995 г. - 1019,0 гПа, а наименьшее - в июне 1998 г. - 995,1 гПа (рис. 1.2.1.).

Абсолютный максимум за пятилетний период наблюдался в декабре 1995 г. (1032,3 гПа), а абсолютный минимум - в январе 1998 г. (993,7 гПа).

При сравнении с многолетними значениями среднее атмосферное давление за пятилетний период отклонилось всего лишь на 0,2 гПа.

В Волгограде в течение года преобладает широтная циркуляция атмосферы, особенно хорошо она выражена в холодный период.

Зимой, когда атмосферные процессы формируются под воздействием отрога азиатского барического максимума и черноморской депрессии, наблюдается преобладание ветров восточных румбов. Возрастание барических градиентов в этот период является причиной увеличения скорости ветра. В годовом ходе в Волгограде наблюдается преобладание восточного, северо-восточного и западного направления ветров. На метеорологических станциях, расположенных в различных частях города, повторяемость ветров различных направлений и их скоростей неодинакова.

На станциях, расположенных на западной окраине, на высоте свыше 100 м в течение всего года и по сезонам наблюдается преобладание ветра восточного направления и только в июле - преобладание северо-западных ветров. На станциях, находящихся непосредственно в городской черте на высотах до 100 м, в годовом ходе преобладает северо-восточное направление ветра. В холодный период года (с ноября по май) наблюдается преобладание восточных и северо-восточных ветров, в теплый период - преобладание западных и северо-западных.

На станциях, расположенных в левобережной части (на северной окраине Волгограда) и в пойменной части (напротив центрального района Волгограда), наблюдается преобладание ветров северного направления, ветры других направлений распределяются равномерно, хотя ветров с южной составляющей несколько меньше.

В сезонном ходе наблюдается перераспределение преобладающих направлений. В зимний сезон увеличивается повторяемость северо-восточных ветров, в летний и особенно осенний периоды наблюдается преобладание северо-западных (табл. 1.2.2.). Представление о характере распределения ветра по румбам дают розы ветров (рис. 1.2.2.).

Рис. 1.2.2. Повторяемость различных направлений ветра и штилей на метеорологических станциях (составлена автором по данным климатического справочника, 1994, 1998).

а - Волгоград, СХИ; б - Волжский, ГМО; в - Волгоград, опорная;

г - Краснослободск; д - Волгоград, Воропоново; е - Волгоград, Гумрак.

Однако, при подсчете в среднем за пятилетний период повторяемость ветров западных румбов по Волгограду является преобладающей (рис. 1.2.3).

Годовой ход скорости ветра связан с годовым ходом интенсивности атмосферной циркуляции. Средняя годовая скорость ветра изменяется от 3,3 м/с до 6,3 м/с. Большие скорости наблюдаются на станциях, расположенных на больших высотах и на окраине города.

Таблица 1.2.3

Средняя месячная и годовая скорость ветра (м/с)

(Справочник по климату СССР, 1966, 1990).

Рис. 1.2.3. Повторяемость различных ветров и штилей по сезонам на станции Волгоград (составлена автором по данным метеорологического ежегодника, 1994-1998 гг.).

В холодный период скорости ветра увеличиваются. Наибольшие скорости наблюдаются в январе - феврале. В течение теплого периода идет уменьшение скоростей и наиболее слабые ветры (2,2 - 5,2 м/с) наблюдаются в июле - августе (табл. 1.2.3).

В Волгограде преобладают слабые и умеренные ветры. В течение всего года преобладают ветры со скоростью 2-5 м/с, на долю которых приходится 50% случаев. Повторяемость слабых и умеренных ветров в черте города и на окраинах различна. Сильные ветры чаще наблюдаются в переходные периоды. Штили составляют от 8 до 18 % (табл. 1.2.2.).

Возникновение сильного ветра в Волгограде обусловлено циклонической деятельностью и наблюдается, как правило, при западных и восточных составляющих. Необходимо отметить, что большие скорости чаще наблюдаются летом при западном направлении ветра. В течение года повторяемость сильных ветров по направлениям изменяется: в холодный период преобладают восточные и северо-восточные ветры, а в конце теплого периода западные и северо-западные (табл. 1.2.4)

Таблица 1.2.4

Повторяемость (%) сильных ветров (>15 м/с) различных направлений и штилей. Волгоград, СХИ (Справочник по климату СССР, 1990)

1.3 Подстилающая поверхность

Немаловажную роль в формировании климата имеет и подстилающая поверхность (характер, рельеф, растительность, водные объекты). Волгоград находится на стыке трех геоморфологических районов: Приволжской возвышенности, Ергеней и Прикаспийской низменности, расчлененных долиной Волги.

В пределах Приволжской возвышенности (в городской черте) максимальные отметки рельефа (130-150 м над уровнем моря) находятся в западной части города. Слабовыпуклые водоразделы обычно постоянно переходят в склоны речных долин и балок. Склонная часть возвышенности расположена в интервале высот от 40-50 до 100-120 м.

Главный склон спускается к Хвалынской террасе, на которой расположена нижняя, основная часть города. В районе Бекетовка - Красноармейск на поверхности террасы расположено понижение, которое было одним из рукавов Волги.

Таким образом, в рельефе города выделяются два уровня: водоразделы и террасы. Характерными формами рельефа являются также овраги и балки.

Волгоград расположен на правом берегу Волги. Ширина ее у Волгограда около 1 км, глубина 7-12 м. В районе Волгограда русло Волги делится на протоку Куропатка и основное русло Волги, между которыми расположены крупные острова Голодной и Сарпинский.

К югу от реки Отрадной на поверхность выходит большое количество родников, а в долинах речек Мечетки и Царицы существуют небольшие искусственные водоемы - пруды.

Волгоградская агломерация расположена в зоне каштановых почв, в светло-каштановой подзоне. Характерной особенностью почвенно-растительного покрова является комплексность, разреженность травостоя, ксерофитность и засоленность.

Нарастание сухости климата с северо-запада на юго-восток, смена растительности с увеличением к югу ксерофильных видов, увеличение воднорастворимых солей в почвообразующих породах - важнейший фактор формирования почв каштанового типа.

В южной части города, в глубоко врезанных балках, формируются байрачные леса на лугово-каштановых и черноземных почвах. Для Чапурниковской балки характерны породы вяза, ольхи, клена, ясеня.

Близость каспийского моря оказывает значительное влияние на климат Волгограда. Так выход циклонов с Каспия сопровождается усилением ветра до 20-24 м/с, зимой наблюдаются обильные снегопады, метели, летом и весной - дожди, преимущественно ливневого характера с большим количеством осадков.

Волга также оказывает влияние на климат, особенно в весенний период, когда после снежного покрова начинается прогрев почвы, а на водоеме еще сохраняется лед. И после освобождения ото льда в течение еще продолжительного периода наблюдаются значительные различия температуры воздуха в прибрежной зоне и в удаленных от берега пунктах.

В летний период, когда наблюдается прогрев водоема и температура воды ненамного отличается от температуры воздуха, влияние водоема невелико и зависит от комплекса погодных условий, в первую очередь от облачности и направления ветра. Чем выше температура воздуха над сушей, тем больше влияние водоема на прибрежную зону.

На станциях, расположенных на западной окраине города и имеющих большие высотные отметки, температура воздуха а течение всего года ниже на 0,6-1,0?с.

На температурный режим оказывает влияние пойма (отепляющее - зимой, охлаждающее - летом). На минимальные значения температуры воздуха влияют местные условия, в особенности рельеф. Минимальная температура в пойме (Краснослободск) в течение года ниже, чем в городе. Так заморозки в пойме в среднем начинаются на 8 дней раньше и заканчиваются на 7 дней позже, чем в городе. Это объясняется тем, что холодный воздух стекает в пониженные места, где он застаивается и еще более выхолаживается.

На западной окраине города, на высотах свыше 100 м в течение всего года наблюдается преобладание ветра восточного направления. А непосредственно в городской черте на высотах до 100 м, в годовом ходе преобладает северо-восточное направление ветра. В пойменной части наблюдается ветер северного направления.

2 ТЕРМИЧЕСКИЙ РЕЖИМ